孫 星

(陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065)

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黃土隧道的圍巖分級(jí)方法及應(yīng)用

孫 星

(陜西省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710065)

以綏延高速長(zhǎng)嶺山1號(hào)隧道工程為依托，根據(jù)地質(zhì)調(diào)繪資料及土工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)該隧道進(jìn)行了圍巖分級(jí)，指出該方法準(zhǔn)確可靠，為今后陜北地區(qū)黃土隧道的設(shè)計(jì)及施工提供了參考依據(jù)。

黃土隧道，圍巖分級(jí)，液性指數(shù)，數(shù)理統(tǒng)計(jì)

目前隧道設(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)巖石隧道的圍巖分級(jí)有明確的參數(shù)指標(biāo)，但對(duì)黃土隧道進(jìn)行圍巖級(jí)別劃分時(shí)，規(guī)范中沒(méi)有提出相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)。在進(jìn)行黃土隧道的設(shè)計(jì)中，如果沒(méi)有準(zhǔn)確的劃分圍巖級(jí)別的依據(jù)，將對(duì)其設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)很大的技術(shù)困難。而隧道圍巖基本質(zhì)量指標(biāo)BQ[1]中所用的參數(shù)指標(biāo)在黃土圍巖中幾乎完全不適用。所以，對(duì)黃土隧道圍巖劃分進(jìn)行深入的研究，根據(jù)地質(zhì)情況、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等多方面因素對(duì)其進(jìn)行定性和定量的劃分，這對(duì)以后黃土隧道的設(shè)計(jì)和施工具有重要的指導(dǎo)意義。

1 黃土隧道圍巖劃分標(biāo)準(zhǔn)

黃土，是一種特殊的第四紀(jì)松散堆積物，它的性質(zhì)特殊。其中天然含水量、密度、液限、塑限、壓縮系數(shù)等因素對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度都有影響。通過(guò)大量的試驗(yàn)研究及檢測(cè)，在隧道開(kāi)挖后，其含水量的大小及飽和程度對(duì)圍巖的穩(wěn)定性影響非常敏感。含水量是土工試驗(yàn)中較易得到的試驗(yàn)指標(biāo)，也是影響黃土強(qiáng)度最活躍的參數(shù)。同時(shí)，時(shí)代上的變化和隧道洞身的深度對(duì)黃土圍巖分級(jí)的影響非常重要。

參照J(rèn)TG/T D70—2010公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則[2]中關(guān)于黏質(zhì)土圍巖基本指標(biāo)性分級(jí)方法(見(jiàn)表1)和《黃土隧道工程》[3]中黃土隧道圍巖的劃分方法(見(jiàn)表2)，結(jié)合土工試驗(yàn)指標(biāo)含水量、液性指數(shù)及定性描述，對(duì)黃土隧道進(jìn)行圍巖分級(jí)。

表1 黏質(zhì)土圍巖基本指標(biāo)性分級(jí)方法

表2 深埋黃土隧道圍巖分級(jí)表

2 工程實(shí)例

2.1 工程概況

綏德至延川高速公路長(zhǎng)嶺山1號(hào)隧道右線(xiàn)全長(zhǎng)1 054 m，隧道底板最大埋深141 m。隧址區(qū)屬于黃土梁峁溝壑地貌，海拔高度1 092 m～1 248 m，隧道近西南走向，軸線(xiàn)斜穿黃土梁脊，與梁脊斜交角度約60°～80°，沿隧道軸向山梁地形呈長(zhǎng)條形，兩側(cè)低，中部高；隧道進(jìn)出口段地形相對(duì)較陡，坡面遍布薄層殘坡積土，黃土梁兩側(cè)沖溝發(fā)育。

根據(jù)地質(zhì)勘察及調(diào)繪資料，該隧道地表主要覆蓋第四系上更新統(tǒng)馬蘭黃土(Q3)，其厚度約7 m～8 m；洞身主要由中更新統(tǒng)離石黃土(Q2)組成；隧道底板下部可見(jiàn)第三系粘土巖(N2)。其地層具體特征如下：

第三系粘土巖：巖性為棕色～棕紅色、堅(jiān)硬狀泥巖(半成巖)，含鐵錳質(zhì)結(jié)核、較多鈣質(zhì)結(jié)核，遇水暴露易開(kāi)裂崩解，產(chǎn)狀近水平，具弱膨脹性，位隧道底板下部5 m～6 m處；

離石黃土：巖性為淺棕黃色黃土，硬塑狀態(tài)，土質(zhì)均勻，結(jié)構(gòu)致密，含少量鈣質(zhì)結(jié)核，垂直節(jié)理發(fā)育，成層分布，從坡腳向山脊黃土厚度逐漸增大，深部土質(zhì)致密。該組地層分布于隧址區(qū)進(jìn)出口及洞身段，為隧道洞室的主要地層；

馬蘭黃土：巖性為淺黃色，稍密狀態(tài)，發(fā)育垂直節(jié)理和大孔隙，含少量蝸牛殼碎片和植物根莖，土質(zhì)較疏松，具自重濕陷性。該組地層分布于隧址區(qū)黃土梁頂部。

2.2 物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)[4]

2.2.1 數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法

按照數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法初步計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，然后對(duì)不合理數(shù)據(jù)的取舍采用3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差法(拉依達(dá)法)進(jìn)行取舍(樣本數(shù)≥10)(當(dāng)某一測(cè)量數(shù)據(jù)與其測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值之差大于3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差時(shí)，用公式表示為|xi-x平|>3S，該數(shù)據(jù)應(yīng)舍棄)，當(dāng)測(cè)試數(shù)據(jù)與算術(shù)平均值之差大于2倍標(biāo)準(zhǔn)偏差時(shí)，試驗(yàn)指標(biāo)值保留，但需存疑，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)查檢驗(yàn)；篩選后重新對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)計(jì)算。其計(jì)算公式如下：

標(biāo)準(zhǔn)差(均方差、標(biāo)準(zhǔn)偏差)：

變異系數(shù)：

統(tǒng)計(jì)修正系數(shù)(回歸修正系數(shù))：

其中，正負(fù)號(hào)按照不利組合考慮，取值參考：含水量、孔隙比、飽和度、壓縮系數(shù)、觸探貫入度等取正值，容重、貫入擊數(shù)、抗剪強(qiáng)度等取負(fù)值；當(dāng)修正系數(shù)小于0.75時(shí)，應(yīng)檢查其參與統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是否偏少，工程地質(zhì)單元體的劃分是否正確，試驗(yàn)操作過(guò)程中是否出現(xiàn)差錯(cuò)，分析變異系數(shù)過(guò)大的原因。

表3 黃土物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

2.2.2 物理力學(xué)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)

按照上述原則，對(duì)長(zhǎng)嶺山1號(hào)隧道土工試驗(yàn)所得的力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，其結(jié)果見(jiàn)表3。

該隧道洞室圍巖主要為中更新統(tǒng)Q2離石黃土，根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其液性指數(shù)IL=0.19～0.26，含水量ω=16.8～17.9，通過(guò)定性和定量?jī)煞N標(biāo)準(zhǔn)對(duì)該深埋黃土圍巖等級(jí)劃分，圍巖綜合判定為Ⅴ級(jí)。其結(jié)果可靠，為隧道工程設(shè)計(jì)和施工提供了重要依據(jù)。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以黃土的物理力學(xué)指標(biāo)含水量和液性指數(shù)作為圍巖分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，以綏延高速長(zhǎng)嶺山1號(hào)隧道為工程依托，進(jìn)行黃土隧道圍巖分級(jí)探討。由于不同地區(qū)黃土的物理力學(xué)性質(zhì)有很大差異，因此建議通過(guò)大量現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)、數(shù)理統(tǒng)計(jì)和工程實(shí)踐，開(kāi)展黃土隧道圍巖分級(jí)劃分的研究，將圍巖分級(jí)與圍巖穩(wěn)定性定性和定量相結(jié)合，向定量化指標(biāo)方向發(fā)展，使定量化分級(jí)的科學(xué)性得以真正實(shí)現(xiàn)。

[1] JTG D70—2004，公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] JTG/T D70—2010，公路隧道設(shè)計(jì)細(xì)則[S].

[3] 趙 勇，李國(guó)良，喻 渝.黃土隧道工程[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2011：93.

[4] 《工程地質(zhì)手冊(cè)》編委會(huì).工程地質(zhì)手冊(cè)[M].第4版.北京：中國(guó)建筑出版社，2007：363-370.

On methods of rock mass classification of loess tunnels and their application

Sun Xing

(ShannxiCommunicationsPlanningandDesignInstitute,Xi’an710065,China)

Based on the project of Changlingshan No.1 tunnel along Suide-Yanchuan expressway, the paper undertakes the rock mass classification of the tunnel according to the geological mapping and civil test data, and points out the method is accurate and reliable, so as to provide some reference for the design and construction of the loess tunnel in north of Shannxi Province.

loess tunnel, rock mass classification, liquidity indicator, mathematical statistics

1009-6825(2016)28-0169-02

2016-07-22

孫 星(1984- )，女，工程師

U451.2

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